Endotelinas-1 ir Glaukoma: Kraujotaka, Astrocitai ir Terapija
Endotelinas-1 (ET-1) yra labai stiprus kraujagysles sutraukiantis (priverčia kraujagysles susitraukti) peptidas, natūraliai randamas organizme. Akių srityje ET-1 lygiai ir signalizacija yra susiję su pažeidimais, būdingais glaukomai – regos nervo ligai. Glaukomai dažnai būdingas aukštas akispūdis (AKS), tačiau prisidėti gali ir kiti veiksniai, ypač sumažėjusi kraujotaka ir deguonies trūkumas (išemija) regos nervo galvutėje. ET-1 gali susiaurinti mažas kraujagysles aplink regos nervą ir tinklainėje, dėl ko pablogėja deguonies tiekimas. Jis taip pat veikia astrocitus – regos nervo pagalbines ląsteles, kurios patirdamos stresą gali tapti pernelyg aktyvios. Šiame straipsnyje aiškiname, kaip ET-1 ir jo receptoriai (vadinami ETA ir ETB) dalyvauja glaukomos vystymesi, kaip ET-1 sąveikauja su azoto oksidu (kraujagysles atpalaiduojančia medžiaga), pateikiame įrodymus, kad ET-1 lygiai yra aukštesni glaukomos pacientams, ir galiausiai, kaip ET-1 receptorių blokavimas galėtų padėti apsaugoti akį (kartu su tokių gydymo būdų iššūkiais).
Kaip ET-1 veikia akies kraujotaką
ET-1 gaminasi daugelyje akies audinių (tinklainėje, krumplyno kūne, trabekulinio tinklo sistemoje ir kt.). Paprastai jis padeda reguliuoti kraujotaką ir akies kameros skysčio nutekėjimą. Tačiau didelis ET-1 kiekis sukelia pernelyg didelę vazokonstrikciją (kraujagyslių susiaurėjimą). Pavyzdžiui, žmonių laboratoriniai tyrimai parodė, kad įšvirkštus ET-1 į akį, kraujo srautas tinklainėje ir regos nervo galvutėje sparčiai sumažėja (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kraujagyslių susiaurėjimas sukelia lokalią išemiją (deguonies trūkumą), kuri gali pažeisti tinklainės ganglijinių ląstelių (TGL) aksonus. ET-1 netgi turi tiesioginį toksinį poveikį: jis gali sukelti TGL apoptozę (ląstelių mirtį) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Astrocitai – žvaigždės formos glijos ląstelės regos nerve – taip pat reaguoja į ET-1. Kai ET-1 kiekis yra didelis, astrocitai gali daugintis ir keisti formą (procesas vadinamas astrogliosis). Ši reaktyvioji gliozė gali dar labiau pakenkti regos nervo aplinkai. Laboratorinėse kultūrose ET-1 sukelia regos nervo astrocitų proliferaciją, ir šis poveikis blokuojamas ETA arba ETB receptorių inhibitoriais (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Glaukomos pažeistuose regos nervuose (žmonių ir gyvūnų) tyrėjai pastebėjo didesnę astrocitų proliferaciją ir GFAP (streso baltymo) kiekį, kai ET-1 yra padidėjęs (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Azoto oksidas ir ET-1: Kraujagyslių tono balansas
Sveikose akyse azoto oksidas (AO) ir ET-1 balansuoja vienas kitą. AO yra vazodilatatorius (jis plečia kraujagysles), o ET-1 jas sutraukia. Endotelio ląstelės, dengiančios kraujagysles, normaliomis sąlygomis išskiria AO, atpalaiduodamos kraujagyslių sieneles (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Bet koks šio balanso sutrikimas – pavyzdžiui, per daug ET-1 arba per mažai AO – gali pabloginti kraujotaką. Tyrimai su žmogaus oftalmologine (akių) arterija parodė, kad AO blokavimas sukelia kraujagyslių susitraukimą, o ET-1 pridėjimas sukelia stiprų susitraukimą (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Taigi, ET-1 sukeltas kraujagyslių susitraukimas gali įveikti AO plečiantį poveikį. Iš tiesų, manoma, kad sergant glaukoma sutrikusi AO gamyba (dažnai dėl endotelio disfunkcijos) pablogina ET-1 sukeltą išemiją. Kai kuriuose tyrimuose, skiriant ET-1 žmonėms ar gyvūnams, AO sukelta kraujotaka reikšmingai sumažėjo, ir ETA blokatorius (pvz., BQ-123) galėjo užkirsti kelią šiam sumažėjimui (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ši sąveika reiškia, kad didelis ET-1 sutrikdo normalų AO sukeltą atpalaidavimą, skatindamas žalingą prastos kraujotakos ciklą.
ET-1 receptoriai: ETA ir ETB signalizacija
ET-1 veikia prisijungdamas prie dviejų pagrindinių ląstelių receptorių, ETA (ET_A) ir ETB (ET_B), kurie yra kraujagyslėse ir daugelyje akies ląstelių (įskaitant neuronus, glijos ir trabekulinio tinklo ląsteles). ETA daugiausia randamas kraujagyslių lygiųjų raumenų ląstelėse, ir jo aktyvacija stipriai sukelia kraujagyslių susitraukimą. ETB yra ant lygiųjų raumenų ir endotelio ląstelių; jis taip pat gali sukelti susitraukimą (kaip ETA), tačiau endotele jis stimuliuoja AO išsiskyrimą ir ET-1 pašalinimą.
-
ETA receptorius (ET_A): Kai ET-1 prisijungia prie ETA ant kraujagyslių lygiųjų raumenų ar trabekulinio tinklo ląstelių, jis sukelia susitraukimą. Akies drenažo sistemoje (trabekuliniame tinkle) ETA sukeltas susitraukimas sutraukia tinklą, padidindamas akispūdį (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Gyvūnų tyrimai rodo, kad didžioji dalis ET-1 poveikio, didinant akispūdį, vyksta per ETA: pavyzdžiui, pridėjus ET-1 į priekinę kamerą, akispūdis padidėja, nebent yra skiriamas ETA blokatorius. Kultivuotame galvijų trabekuliniame tinkle ET-1 sukeltas susitraukimas buvo beveik visiškai sustabdytas ETA inhibitoriaus BQ-123, o ETB blokavimas (su BQ-788) neturėjo įtakos susitraukimui (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Lygiai taip pat triušiams dirbtinai padidintas ET-1 sukėlė akių hipertenziją (aukštą akispūdį), kuriai užkirto kelią ETA antagonistas (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Šie duomenys rodo, kad ETA lemia nutekėjimo blokavimą ir akispūdžio padidėjimą dėl ET-1. Todėl ETA blokavimas gali sumažinti akispūdį ir pagerinti perfuziją.
-
ETB receptorius (ET_B): ETB vaidmuo yra sudėtingesnis. Kraujagyslėse jis gali padėti pašalinti ET-1 ir sukelti vietinį AO išsiskyrimą (kuris plečia kraujagysles). Tačiau tinklainės ganglijinėse ląstelėse ir regos nervo astrocituose ETB iš tikrųjų gali skatinti ląstelių stresą. Laboratoriniai tyrimai parodė, kad ET-1 sukėlė TGL apoptozę per ETB, o ne ETA (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). TGL parodė ET-1 sukeltą ląstelių mirtį, kuri buvo sumažinta gyvūnams, neturintiems ETB receptorių, o ETB blokatoriaus (BQ-788) naudojimas apsaugojo kultivuotas TGL nuo ET-1 sukelto apoptozės (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ET-1 taip pat sutrikdė greitą aksonų transportą TGL aksonuose per ETB (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Taigi, atrodo, kad ETB tarpininkauja tiesioginiams ET-1 neurotoksiniams poveikiams. ETB ant astrocitų taip pat prisideda prie gliozės: ET-1 sukelia astrocitų proliferaciją per kombinuotą ETA/ETB signalizaciją, ir mišrus antagonistas gali tai sustabdyti (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
ETA/ETB ir azoto oksido sąveika
ET-1 sukeltas kraujagyslių susiaurėjimas per ETA/ETB gali slopinti AO kelius. Didelis ET-1 kiekis gali sumažinti azoto oksido sintazės aktyvumą, mažinant AO gamybą ir panaikinant kraujagyslių atpalaidavimą. Aterosklerozės modeliuose ETA blokavimas atkūrė endotelio AO išsiskyrimą (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Nors tiesioginių tyrimų su glaukoma yra nedaug, apskritai kraujagyslių tinkluose ET-1 sumažina AO, ir atvirkščiai. Žmogaus akyje, kaip minėta, ET-1 injekcija sukėlė kraujagyslių susiaurėjimą, kurį galėjo blokuoti ETA antagonistai (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Ir atvirkščiai, AO donorai gali neutralizuoti ET-1 – akies trabekulinėse ląstelėse AO donorai atpalaidavo ląsteles ir panaikino ET-1 sukeltą susitraukimą (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Apskritai, ET-1 ir AO veikia kaip priešingi akies kraujotakos reguliatoriai: per didelis ET-1 kiekis pakreipia pusiausvyrą link susitraukimo ir išemijos (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Padidėjęs endotelino-1 kiekis glaukomos pacientams
Daugelis tyrimų matavo ET-1 kiekius glaukomos pacientų akies kameros skystyje (skaidriame skystyje akies priekyje) ir kraujyje. Duomenys rodo aukštesnį ET-1 kiekį sergant glaukoma. Neseniai atliktas didelis tyrimas parodė, kad akies kameros skysčio ET-1 vidurkis buvo apie 7,8 pg/mL pacientams, sergantiems pirmine atvirojo kampo glaukoma (PAKG), ir 6,1 pg/mL pacientams, sergantiems normalaus spaudimo glaukoma (NSG), palyginti su tik 4,0 pg/mL kontrolinės grupės asmenims, nesergantiems glaukoma (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). PAKG atveju padidėjimas buvo statistiškai reikšmingas. Metaanalizės taip pat nustatė padidėjusius plazmos ET-1 kiekius NSG ir PAKG atveju, palyginti su sveikais kontrolinės grupės asmenimis (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Pavyzdžiui, viena daugelio tyrimų analizė pranešė, kad NSG pacientų plazmos ET-1 vidurkis buvo ~0,60 pg/mL didesnis nei kontrolinės grupės, o PAKG pacientų ~0,63 pg/mL didesnis (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kita sisteminė apžvalga apibendrino duomenis apie daugiau nei 1500 glaukomos pacientų ir taip pat nustatė žymiai didesnį ET-1 tiek kraujyje, tiek akies skystyje glaukomos atvejais, palyginti su normaliomis akimis (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Tačiau ne visi tyrimai visiškai sutampa. Kai kurie ankstesni darbai nerado plazmos skirtumų, galbūt dėl mažų imčių ar pacientų variacijų (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tačiau bendra tendencija yra aiški: ET-1 kiekis padidėja sergant glaukoma, bent jau akyje (ir dažnai kraujyje) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Šie didesni ET-1 lygiai gali atspindėti sisteminę kraujagyslių disfunkciją, pastebėtą glaukomos pacientams, ypač tiems, kurie turi kraujagyslių disregulaciją arba migreną. Svarbu, kad padidėjęs ET-1 kiekis akyje galėtų sumažinti regos nervo perfuziją ir suaktyvinti astrocitus būtent ten, kur atsiranda glaukomos pažeidimai.
Endotelino receptorių antagonistai: Laboratoriniai modeliai ir poveikis
Kadangi ET-1 atrodo žalingas sergant glaukoma, tyrėjai išbandė vaistus, kurie blokuoja ETA ir ETB receptorius gyvūnų modeliuose. Šie endotelino receptorių antagonistai gali būti peptidiniai vaistai (pvz., BQ-123, BQ-788) arba nepeptidinės mažos molekulės (pvz., bosentanas, ambrisentanas, macitentanas).
-
Peptidiniai antagonistai (pvz., BQ-123, BQ-788): Tai buvo pirmosios kartos vaistai, dažnai naudojami eksperimentiškai. BQ-123 yra selektyvus ETA, o BQ-788 – ETB. Laboratoriniuose glaukomos modeliuose jie patvirtina aukščiau minėtus vaidmenis: BQ-123 (ETA blokatorius) užkirto kelią ET-1 sukeltiems akispūdžio šuoliams (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) ir sustabdė ET-1 sukeltą trabekulinio tinklo susitraukimą (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). BQ-788 (ETB blokatorius) turėjo mažai įtakos akispūdžiui šiuose modeliuose (kas atitinka mažesnį ETB vaidmenį nutekėjime), tačiau sumažino TGL mirtį nuo ET-1 ląstelių tyrimuose (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Vienas tyrimas parodė, kad sisteminis BQ-123 vartojimas blokavo ET-1 sukeltą regos nervo kraujotakos sumažėjimą žmonėms, parodydamas, kad ET-1 buvo šio susiaurėjimo priežastis (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
-
Nepeptidiniai antagonistai (pvz., bosentanas, macitentanas, ambrisentanas): Šie vaistai buvo sukurti plaučių hipertenzijai gydyti ir gali būti vartojami per burną arba injekcijomis. Akių tyrimuose jie rodo perspektyvas. Pavyzdžiui, macitentanas, dvejopas ETA/ETB blokatorius, buvo skiriamas per burną žiurkėms, sergančioms glaukoma (aukšto akispūdžio modelis). Jis reikšmingai apsaugojo tinklainės ganglijines ląsteles ir jų aksonus net jei nepaspartino akispūdžio mažinimo (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tai rodo tiesioginį neuroprotekcinį poveikį, nepriklausomą nuo spaudimo. Panašiai, bosentanas (kitas dvejopas blokatorius) užkirto kelią regos nervo pažeidimams, sistemingai vartojant jį pelės glaukomos modeliuose (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Diabetu sergančioms žiurkėms vietiniai bosentano akių lašai faktiškai pasiekė tinklainę (tikėtina, per sklerą) ir užkirto kelią glijos aktyvacijai bei ląstelių mirčiai (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Šie rezultatai rodo, kad nepeptidiniai blokatoriai gali pasiekti akį ir padėti.
Apibendrinant, ikiklinikiniuose modeliuose ETA selektyvūs antagonistai parodė, kad mažina akispūdžio reakcijas į ET-1 ir sumažina spaudimo sukeltus pažeidimus (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), o ETB selektyvūs arba dvejopi antagonistai padeda užkirsti kelią tiesioginiam ET-1 neurotoksiškumui (TGL apsauga) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Dvejopas blokavimas pasirodė esąs efektyviausias apskritai.
Terapinės perspektyvos ir iššūkiai
ET-1 taikymas yra patrauklus glaukomos gydymo būdas, nes jis gali padėti ne tik sumažinti akispūdį. Pagerindami kraujotaką regos nervo galvutėje ir nuraminę astrocitus, ET receptorių blokatoriai gali sulėtinti neurodegeneraciją. Iš tiesų, kaip minėta, sisteminis bosentanas ar macitentanas turėjo neuroprotekcinį poveikį gyvūnų glaukomos modeliuose (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Jei šie atradimai bus patvirtinti, ET receptorių antagonisto pridėjimas galėtų apsaugoti regėjimą net ir tada, kai akispūdį mažinančių vaistų poveikis pasiekia maksimumą.
Tačiau kyla iššūkių. Sisteminiai endotelino blokatorių šalutiniai poveikiai yra reikšmingi. Vaistai, tokie kaip bosentanas ir ambrisentanas, gali sukelti sisteminę hipotenziją, kepenų fermentų padidėjimą, skysčių susilaikymą, galvos skausmą ir ypač sunkių apsigimimų, jei vartojami nėštumo metu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tai atsiranda todėl, kad ET-1 yra svarbus viso kūno kraujagyslėse. Glaukomos pacientams (kurie gali būti vyresni arba turėti širdies ir kraujagyslių problemų) tokie šalutiniai poveikiai yra rimti. Pavyzdžiui, nuo dozės priklausomas kepenų toksiškumas riboja, kiek pacientas gali vartoti vaisto (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Siekiant sumažinti sistemines rizikas, tyrėjai tiria tikslingą vaistų pristatymą į akį. Idealiu atveju, ET-blokatorius galėtų būti skiriamas kaip akių lašai ar implantas, kuris išliktų daugiausia akyje. Yra ankstyvų požymių, kad tai gali veikti: pelės diabetinės akies ligos modelyje kasdieniai bosentano akių lašai prasiskverbė į akį per sklerą ir apsaugojo tinklainės ląsteles (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), o tai rodo, kad net didelės molekulės gali būti pristatytos. Kitos strategijos apima lėto atpalaidavimo akių implantus arba genų terapiją, skirtą lokaliai sumažinti ET-1. Jei būtų sukurtas akiai specifinis ET antagonistas, jis galėtų išvengti kraujospūdžio poveikio, bet vis tiek pagerintų regos nervo perfuziją ir sumažintų gliozę.
Išvada
Apibendrinant, endotelinas-1 yra galingas peptidas, kuris gali pabloginti glaukomą, sutraukdamas kraujagysles akyje ir aktyvindamas astrocitus. Didelis ET-1 kiekis buvo rastas glaukomos pacientų akyse ir kraujyje (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). ET-1 veikia daugiausia per ETA receptorius, didindamas akies spaudimą ir nutraukdamas kraujotaką, ir per ETB receptorius, tiesiogiai žalodamas tinklainės ganglijines ląsteles ir provokuodamas gliozę. Nors reikia daugiau tyrimų, šio kelio blokavimas siūlo daug žadantį kelią. Gyvūnų tyrimuose endotelino receptorių antagonistai pagerino kraujotaką ir apsaugojo tinklainės neuronus nepriklausomai nuo akispūdžio mažinimo (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Bet kokia ateities terapija turi kruopščiai vengti sisteminių poveikių. Tiriami nauji vaistų dizainai ir akies pristatymo metodai, kad gydymas veiktų specifiškai akyje. Jei pavyks, endoteliną blokuojantys vaistai – galbūt akių lašų ar implantuojamų prietaisų pavidalu – galėtų papildyti esamus glaukomos gydymo būdus, išsaugodami regos nervą per geresnę kraujotaką ir sumažintą uždegimą. Tolesni tyrimai gali paversti šį kelią praktine neuroprotekcine terapija glaukomos pacientams.